气体放电基本物理过程.pptx

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1、气隙中气隙中气隙中气隙中带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子是如何是如何是如何是如何形成形成形成形成的？的？的？的？气隙中的气隙中的气隙中的气隙中的导电通道导电通道导电通道导电通道是如何是如何是如何是如何形成形成形成形成的？的？的？的？思考下述问题：思考下述问题：第第1 1章章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程电荷的定向迁移和泄漏电荷的定向迁移和泄漏气体放电气体放电气体放电气体放电第1页/共99页带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动带电粒子的产生带电粒子的产生带电粒子的产生带电粒子的产生负离子的形成负离子的形成负离子的形成负离子的形成

2、带电粒子的消失带电粒子的消失带电粒子的消失带电粒子的消失1.1 1.1 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第2页/共99页 平均自由行程平均自由行程平均自由行程平均自由行程 带电质点的迁移率带电质点的迁移率带电质点的迁移率带电质点的迁移率 激励激励激励激励 电离电离电离电离 复合复合复合复合带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动相关学术术语相关学术术语相关学术术语相关学术术语第3页/共99页质点的平均自由行程质点的平均自由行程 ：一一个个带带电电质质点点在在向向前前行行进进1 1cm距距离离内内，发发生生碰碰撞撞次次数的倒数数的倒数 。带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动第

3、4页/共99页质点的平均自由行程质点的平均自由行程 受温度和气压影响受温度和气压影响受温度和气压影响受温度和气压影响电子的电子的 要比分子和离子的大得多要比分子和离子的大得多 的性质的性质反映了带电质点自由运动的能力反映了带电质点自由运动的能力反映了带电质点自由运动的能力反映了带电质点自由运动的能力带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动第5页/共99页带电质点的迁移率带电质点的迁移率E负极负极负极负极正极正极正极正极正离子正离子正离子正离子电子电子电子电子迁移率带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动第6页/共99页激励、电离和复合激励、电离和复合原子核原子核原子核原子核基态电子基态

4、电子基态电子基态电子能量能量能量能量激励激励激励激励电离电离电离电离电离能电离能电离能电离能复合复合复合复合带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动第7页/共99页激励、电离和复合激励、电离和复合带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动气体气体电离能电离能N215.5O212.5CO213.7SF615.6H215.4H2O12.7第8页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生带电粒子的来源带电粒子的来源带电粒子的来源带电粒子的来源源于气体内部源于气体内部源于气体内部源于气体内部源于电极源于电极源于电极源于电极碰撞电离碰撞电离碰撞电离碰撞电离热电离热电离热电离热电离光电离光电离光电离光电

5、离正离子碰撞正离子碰撞正离子碰撞正离子碰撞光电子发射光电子发射光电子发射光电子发射热电子发射热电子发射热电子发射热电子发射强场发射强场发射强场发射强场发射第9页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生碰撞电离碰撞电离源于气体内部源于气体内部源于气体内部源于气体内部中性原子中性原子电子电子E E电子动能电子动能电离能电离能气体中产生带电粒子的最主要原因气体中产生带电粒子的最主要原因气体中产生带电粒子的最主要原因气体中产生带电粒子的最主要原因第10页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生热电离热电离源于气体内部源于气体内部源于气体内部源于气体内部中性原子中性原子电子电子电子动能电子动能电离能电离能高

6、温高温高温高温在大电弧的情况下发生第11页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生光电离光电离源于气体内部源于气体内部源于气体内部源于气体内部中性原子中性原子光子能量光子能量电离能电离能光子光子光子光子X X射线、射线、线线第12页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极源于电极源于电极源于电极源于电极E负极负极负极负极正极正极正极正极正离子正离子正离子正离子电子电子正离子的能量与金属电极的逸出功的关系正离子的能量与金属电极的逸出功的关系第13页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生源于电极源于电极源于电极源于电极一些金属的逸出功一些金属的逸出功金属金属逸出功（逸出功（

7、eV)铝铝4.08银银4.73铜铜4.7铁铁4.48氧化铜氧化铜5.34第14页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生光电子发射光电子发射源于电极源于电极源于电极源于电极E负极负极负极负极正极正极正极正极光电效应光电效应第15页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生热电子发射热电子发射源于电极源于电极源于电极源于电极E负极负极负极负极正极正极正极正极加热加热加热加热第16页/共99页带电粒子的产生带电粒子的产生强场发射强场发射源于电极源于电极源于电极源于电极E负极负极负极负极正极正极正极正极真空中、高压气体中、液体中、固体中真空中、高压气体中、液体中、固体中电场阈值电场阈值第17页/共99页负

8、离子的形成负离子的形成气体分子要有很高的电负性气体分子要有很高的电负性 E负极负极负极负极正极正极正极正极第18页/共99页负离子的形成负离子的形成电子亲和能电子亲和能 元素元素电子亲合能（电子亲合能（eV）电负性值电负性值F4.034.0Cl3.743.0Br3.652.8I3.302.5第19页/共99页带电质点的消失带电质点的消失E负极负极负极负极正极正极正极正极带电粒子消失的三条途径：复合、扩散和中和带电粒子消失的三条途径：复合、扩散和中和带电粒子消失的三条途径：复合、扩散和中和带电粒子消失的三条途径：复合、扩散和中和复合复合中和中和扩散扩散第20页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤

9、逊理论、电子崩、电子崩、自持放电、自持放电、巴申定律、巴申定律、汤逊理论、汤逊理论第21页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论E负极负极负极负极正极正极正极正极电子崩电子崩初始电子初始电子碰撞电离碰撞电离电子倍增电子倍增碰撞电离碰撞电离电子崩电子崩 崩头崩头崩尾崩尾第22页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论电子崩电子崩讨论讨论与电场及气压的关系与电场及气压的关系的定义的定义的定义的定义E E增大，增大，增大，增大，急剧增大；急剧增大；急剧增大；急剧增大；p p很大或很小时，很大或很小时，很大或很小时，很大或很小时，均很小。均很小。均很小。均很小。电子碰撞电离系数电子碰撞电离系数1

10、 cm1 cm，碰撞电离平均次数碰撞电离平均次数第23页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论电子崩电子崩电子数：电子数：电子数：电子数：第24页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论E负极负极负极负极正极正极正极正极自持放电自持放电电荷泄漏完电荷泄漏完毕，放电过毕，放电过程完成程完成电子崩电子崩放电形成放电形成电子倍增电子倍增正粒子碰撞阴极正粒子碰撞阴极正粒子碰撞阴极正粒子碰撞阴极产生电子产生电子产生电子产生电子第25页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论自持放电自持放电电子数：电子数：电子数：电子数：正离子数：正离子数：正离子数：正离子数：新电子数：新电子数：新电子数：新电子

11、数：过程过程过程过程第26页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论自持放电自持放电均匀电场自持放电条件：均匀电场自持放电条件：非自持非自持自持对应的电压自持对应的电压起始放电电压起始放电电压起始放电电压起始放电电压第27页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论自持放电自持放电电流随外施电压的提电流随外施电压的提高而增大，因为带电高而增大，因为带电质点向电极运动的速质点向电极运动的速度加快复合率减小度加快复合率减小 电流饱和，带电质电流饱和，带电质点全部进入电极，点全部进入电极，电流仅取决于外电电流仅取决于外电离因素的强弱（良离因素的强弱（良好的绝缘状态）好的绝缘状态）电流开始增电流开始

12、增大，由于电大，由于电子碰撞电离子碰撞电离引起的引起的 电流急剧上升电流急剧上升放电过程进入放电过程进入了一个新的阶了一个新的阶段（击穿）段（击穿）外施电压小于外施电压小于U U0 0时的放电是非自持放电。电压到达时的放电是非自持放电。电压到达U U0 0后，后，电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。要外电离因素。自持放电自持放电起始电压起始电压第28页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论巴申定律巴申定律18891889年，巴年，巴申完成了他申完成了他的著名实验的著名实验。第29页/共99页1.2 1.2 汤

13、逊理论汤逊理论巴申定律巴申定律定性解释定性解释定性解释定性解释气压下降气压下降分子间距增大分子间距增大电子累积能量大电子累积能量大电子崩电子崩+击穿击穿间距过大间距过大难以碰撞电离难以碰撞电离难！难！难！难！第30页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论汤逊理论汤逊理论汤逊的理论推导汤逊的理论推导汤逊的理论推导汤逊的理论推导考虑考虑过程：过程：考虑自持放电临界条件：考虑自持放电临界条件：考虑平均自由程与气压的关系：考虑平均自由程与气压的关系：第31页/共99页1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论汤逊理论汤逊理论汤逊的理论推导汤逊的理论推导汤逊的理论推导汤逊的理论推导 击穿电压击穿电压U表示为：

14、表示为：汤逊理论的适用条件：汤逊理论的适用条件：汤逊理论的适用条件：汤逊理论的适用条件：均匀电场均匀电场第32页/共99页无法解释长间隙放电的物理现象无法解释长间隙放电的物理现象无法解释长间隙放电的物理现象无法解释长间隙放电的物理现象汤逊理论的不足：汤逊理论的不足：汤逊理论的不足：汤逊理论的不足：放电时间较长放电时间较长放电特征呈丝状放电特征呈丝状阴极的作用阴极的作用1.2 1.2 汤逊理论汤逊理论第33页/共99页1.3 1.3 流注放电流注放电均匀电场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电

15、不均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电先导放电（补充知识）先导放电（补充知识）先导放电（补充知识）先导放电（补充知识）第34页/共99页什么样的电场是不均匀电场？什么样的电场是不均匀电场？均匀电场：削弱了边缘效应的平行板电极。均匀电场：削弱了边缘效应的平行板电极。稍不均匀电场：球隙、同轴圆筒状电极。稍不均匀电场：球隙、同轴圆筒状电极。极不均匀电场：棒极不均匀电场：棒-板电极，棒板电极，棒-棒电极棒电极电场不均匀系数电场不均匀系数f f=141.3 1.3 流注放电流注放电第35页/共99页均匀电场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电E负极负极负极负极正极正极正极正极第36页/

16、共99页均匀电场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电初始电子崩初始电子崩空间电荷空间电荷光电离光电离二次电子崩二次电子崩注入初崩注入初崩空间电荷作用？空间电荷作用？流注流注自持自持第37页/共99页均匀电场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电汤逊理论的问题汤逊理论的问题（长间隙气隙）（长间隙气隙）阴极作用放电时间流注过程放电通道空间电荷+光电离第38页/共99页均匀电场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电E负极负极负极负极正极正极正极正极正流注：由正极向负极发展的流注放电过程。正流注：由正极向负极发展的流注放电过程。发展速度：发展速度：3-410e6 m/s第39页/共99页均匀电

17、场气隙中的流注放电均匀电场气隙中的流注放电负流注：由负极向正极发展的流注放电过程负流注：由负极向正极发展的流注放电过程发展速度：发展速度：7-810e5 m/sE负极负极负极负极正极正极正极正极第40页/共99页不均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电正极正极正极正极负极负极负极负极正棒负板放电过程电场加强，电场加强，有利正流有利正流注发展注发展电子崩电子崩流注流注场强增大场强增大流注加强流注加强放电放电第41页/共99页不均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电正棒负板电场分布第42页/共99页不均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电负极负极负极负极正极正极

18、正极正极负棒正板放电过程电子崩电子崩流注流注场强不足场强不足流注熄灭流注熄灭棒极前流棒极前流注加强注加强混合质通道混合质通道场强增大场强增大流注开始流注开始放电第43页/共99页不均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电负棒正板电场分布第44页/共99页不均匀电场气隙中的流注放电不均匀电场气隙中的流注放电极性效应极性：曲率半径小的电极所带的极性。极性：曲率半径小的电极所带的极性。极性：曲率半径小的电极所带的极性。极性：曲率半径小的电极所带的极性。不均匀电场气隙中，正极性放电较不均匀电场气隙中，正极性放电较负极性放电更容易发生。负极性放电更容易发生。第45页/共99页先导放电先导放电间

19、间隙隙过过长长（超超超超过过过过1 1 1 1 m m m m），流流注注不不足足以以贯贯通通时时，击击穿穿如如何发生？何发生？炽热的等离子体通道炽热的等离子体通道热电离热电离热电离热电离棒极附近热电离的作用棒极附近热电离的作用第46页/共99页1.4 1.4 放电时间和冲击电压下的放电特性放电时间和冲击电压下的放电特性放电时间的概念和意义放电时间的概念和意义放电时间的概念和意义放电时间的概念和意义标准化冲击电压波形标准化冲击电压波形标准化冲击电压波形标准化冲击电压波形冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性第47页/共99页放电时间的概

20、念和意义放电时间的概念和意义引发放电的条件：a.强电场 b.种子电子 c.放电时间放电时间放电时间：nss数量级外施电压为直流、交流有充足有充足的放电时间。若为冲击电压，情况将怎样？第48页/共99页放电时间的概念和意义放电时间的概念和意义第49页/共99页有效电子有效电子电极材料电极材料外施电压外施电压光照情况光照情况电场均匀度电场均匀度击穿过程击穿过程间隙长度间隙长度电场均匀度电场均匀度外施电压外施电压放电时间的概念和意义放电时间的概念和意义第50页/共99页标准化的冲击电压波形标准化的冲击电压波形1 1、标准雷电冲击电压波、标准雷电冲击电压波OCOC为视在波前为视在波前OFOF为视在波前

21、时间为视在波前时间OGOG为视在半峰值时间为视在半峰值时间国标规定：国标规定：第51页/共99页标准化的冲击电压波形标准化的冲击电压波形2 2、标准雷电冲击截波电压波、标准雷电冲击截波电压波波前时间波前时间/截断时间截断时间第52页/共99页标准化的冲击电压波形标准化的冲击电压波形3 3、标准操作冲击电压波、标准操作冲击电压波第53页/共99页冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性 持续电压作用下，气隙的击穿特性为一持续电压作用下，气隙的击穿特性为一确定的数值确定的数值确定的数值确定的数值。通常用通常用击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压或或击穿场强击穿场强击穿场强击穿场强来表征。来表征

22、。冲击电压作用下，气隙的击穿特性如何表征？冲击电压作用下，气隙的击穿特性如何表征？第54页/共99页冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性 1.50%1.50%冲击击穿电压冲击击穿电压击穿百分比为击穿百分比为50%50%时的电压，称为。工程上采用该值表征气隙的冲击击穿特性，一般认为外施10次冲击电压，发生4-64-64-64-6次击穿次击穿次击穿次击穿的电压就是该值。冲击系数冲击系数：U50%与Us之比。均匀或稍不均匀电场：=1；极不均匀电场：1第55页/共99页冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性 2.2.伏秒特性（曲线）伏秒特性（曲线）工程上用间隙上出现的电压最大值电

23、压最大值电压最大值电压最大值和放电放电放电放电时间时间时间时间的关系来表征间隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特伏秒特伏秒特伏秒特性性性性。保持波形不变保持波形不变仅改变幅值仅改变幅值第56页/共99页冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性 2.2.伏秒特性（带）伏秒特性（带）伏秒特性是一个有上上下包络线的下包络线的带状区域带状区域带状区域带状区域。工程上通常取平均伏取平均伏取平均伏取平均伏秒特性秒特性秒特性秒特性或50%50%50%50%伏秒特性伏秒特性伏秒特性伏秒特性表示气隙的击穿特性。第57页/共99页冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性 2.2.伏秒特性伏秒特性1

24、 1）极不均匀电场（大间隙）极不均匀电场（大间隙）平均击穿场强较低，放平均击穿场强较低，放电时延较长，只有大大提高电时延较长，只有大大提高电压，才能缩短放电时延。电压，才能缩短放电时延。S S向左上角上翘向左上角上翘2 2）较均匀电场（小间隙）较均匀电场（小间隙）间隙各处场强相差不大，间隙各处场强相差不大，一但出现电离，很快贯穿整一但出现电离，很快贯穿整个间隙，放电时延短。个间隙，放电时延短。S S只能在很小的时间内只能在很小的时间内向上翘向上翘 第58页/共99页冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性 2.2.伏秒特性伏秒特性第59页/共99页冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙

25、的击穿特性50%50%冲击击穿电压与伏秒特性曲线比较冲击击穿电压与伏秒特性曲线比较U50%直观简单，但粗略伏秒特性曲线精确明晰，但繁琐第60页/共99页1.5 1.5 电晕放电和沿面放电电晕放电和沿面放电电晕放电电晕放电 1.1.概念概念 2.2.物理过程和效应物理过程和效应 3.3.直流输电线上的电晕直流输电线上的电晕 4.4.交流输电线上的电晕交流输电线上的电晕 5.5.输电线路电晕的抑制方法输电线路电晕的抑制方法 6.6.电晕的应用电晕的应用 沿面放电沿面放电 1.1.概念概念 2.2.类型及特点类型及特点 3.3.放电电压提高方法放电电压提高方法 4.4.湿闪现象湿闪现象 5.5.污闪

26、放电污闪放电第61页/共99页电晕放电电晕放电1 1、电晕放电的概念、电晕放电的概念曲率半径小的曲率半径小的电极电极电极电极尖端尖端尖端尖端发生的发生的蓝紫色蓝紫色蓝紫色蓝紫色晕光状晕光状晕光状晕光状放电。放电。极不均匀场的一种极不均匀场的一种特有的自持放电形特有的自持放电形式。式。第62页/共99页电晕放电电晕放电1 1、电晕放电的概念、电晕放电的概念第63页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效应、电晕放电的物理过程和效应负极负极正极正极电离电离正空间电荷作用正空间电荷作用电离加强电离加强正电荷正电荷电子电子第64页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效

27、应、电晕放电的物理过程和效应正极正极负极负极电离电离正空间电荷作用正空间电荷作用电离减弱电离减弱正电荷正电荷电子电子第65页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效应、电晕放电的物理过程和效应极性效应：负电晕较正电晕容易发生极性效应：负电晕较正电晕容易发生电晕电流的数量级：一般为微安级电晕电流的数量级：一般为微安级第66页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效应、电晕放电的物理过程和效应效应：效应：效应：效应：1)、声、光、热声、光、热声、光、热声、光、热 吱吱的响声 蓝紫色的晕光 周围气体温度升高第67页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和

28、效应、电晕放电的物理过程和效应效应：效应：效应：效应：2)、电风的作用电风的作用电风的作用电风的作用 电子和离子高速运动与气体交换能量形成电风空气对电风的反作用使电晕电极舞动第68页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效应、电晕放电的物理过程和效应效应：效应：效应：效应：3)、高频脉冲作用高频脉冲作用高频脉冲作用高频脉冲作用 电晕引发的高频脉冲是造成无线电干扰的原因之一。第69页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效应、电晕放电的物理过程和效应效应：效应：效应：效应：4)、化学作用化学作用化学作用化学作用 形成臭氧、一氧化氮、二氧化氮和氨气等。产物会腐蚀金具

29、、有机绝缘材料，使其老化，使用寿命减少。第70页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效应、电晕放电的物理过程和效应效应：效应：效应：效应：5)、能量损耗 电晕损耗是电力管理部门最重视的现象之一。在有些场合，电晕损耗的程度非常可观。第71页/共99页电晕放电电晕放电2 2、电晕放电的物理过程和效应、电晕放电的物理过程和效应效应：效应：效应：效应：6)、环境效应 电晕噪声影响人类的正常工作。第72页/共99页电晕放电电晕放电3 3、直流输电线上的电晕、直流输电线上的电晕输电线路导线：输电线路导线：输电线路导线：输电线路导线：两平行导线：两平行导线：两平行导线：两平行导线：4 4、

30、交流输电线上的电晕、交流输电线上的电晕单导线对地：单导线对地：单导线对地：单导线对地：第73页/共99页电晕放电电晕放电5 5、输电线路电晕的抑制方法、输电线路电晕的抑制方法对策对策：（限制导线的表面场强：（限制导线的表面场强 ）采用分裂导线。采用分裂导线。对对330kV及以上的线路应采用分裂导线，例如及以上的线路应采用分裂导线，例如330，500和和750kV的的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。第74页/共99页电晕放电电晕放电6 6、电晕的应用、电晕的应用n过过电电压压波波在传输线上行进时，电晕可削弱其幅值及陡度；n电晕在静电除尘静电除尘

31、、臭氧发生器臭氧发生器的应用。n电晕在驻极体制备驻极体制备驻极体制备驻极体制备上的应用。第75页/共99页沿面放电沿面放电1 1、沿面放电的一般概念、沿面放电的一般概念为什么要讨论沿面放电？为什么要讨论沿面放电？复合绝缘子上的爬电现象；复合绝缘子上的爬电现象；GISGIS支撑绝缘子上的放电；支撑绝缘子上的放电；开关柜中的爬电；开关柜中的爬电；第76页/共99页沿面放电沿面放电1 1、沿面放电的一般概念、沿面放电的一般概念n沿固体-气体交界面交界面交界面交界面发生的放电现象。n贯通两电极贯通两电极贯通两电极贯通两电极的沿面放电称为沿面闪络沿面闪络沿面闪络沿面闪络。第77页/共99页沿面放电沿面放

32、电1 1、沿面放电的一般概念、沿面放电的一般概念 沿面闪络的基本特性：无机介质（陶瓷、玻璃）：闪络后电气强度可恢复。有机介质：电痕破坏。第78页/共99页沿面放电沿面放电1 1、沿面放电的一般概念、沿面放电的一般概念 沿面闪络的基本特性：沿面沿面闪络电压闪络电压闪络电压闪络电压要比等间隙下的固体及气体固体及气体固体及气体固体及气体击穿电压低，因此，设备绝缘的性能通常由沿面闪络电压决定。沿面闪络受绝缘表面状况表面状况表面状况表面状况的影响很大，干燥，潮湿和污秽条件干燥，潮湿和污秽条件干燥，潮湿和污秽条件干燥，潮湿和污秽条件下，闪络过程的差别很大。因此有干闪络电压、湿闪络电压干闪络电压、湿闪络电压

33、干闪络电压、湿闪络电压干闪络电压、湿闪络电压和污污污污秽闪络电压秽闪络电压秽闪络电压秽闪络电压之分。沿面放电的过程受电场型式电场型式电场型式电场型式影响较大。第79页/共99页沿面放电沿面放电2 2、沿面放电的类型和特点、沿面放电的类型和特点界面处的电场分布：界面处的电场分布：界面处的电场分布：界面处的电场分布：a.固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行。第80页/共99页沿面放电沿面放电2 2、沿面放电的类型和特点、沿面放电的类型和特点界面处的电场分布：界面处的电场分布：界面处的电场分布：界面处的电场分布：b.固体介质处于极不均匀电场中，界面的法向分量远大于切向分量。第81页/共99页沿

34、面放电沿面放电2 2、沿面放电的类型和特点、沿面放电的类型和特点界面处的电场分布：界面处的电场分布：界面处的电场分布：界面处的电场分布：c.固体介质处于极不均匀电场中，且界面处的切向电场远大于法向电场。第82页/共99页沿面放电沿面放电2 2、沿面放电的类型和特点、沿面放电的类型和特点沿面放电：沿面放电：均匀电场中，固体介质的引入似乎并不影响电极间的电场分布，但放电总是发生在界面放电总是发生在界面，且闪络电压比空气间隙的击穿电压要低得闪络电压比空气间隙的击穿电压要低得多多。不同介质的沿面闪络电压空气间隙石蜡瓷与电极接触不紧密的瓷 特点：特点：（1）沿面闪络电压与固体绝缘材料特性有关；（2）介质

35、表面粗糙，也会使电场分布畸变，从而使闪络电压降低；均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电第83页/共99页沿面放电沿面放电2 2、沿面放电的类型和特点、沿面放电的类型和特点均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电（3）固体介质是否与电极紧密接触对闪络电压有影响。充充SFSF6 6气体的同轴圆柱电极中支撑与电极气体的同轴圆柱电极中支撑与电极接触的好坏对沿面闪络电压的影响接触的好坏对沿面闪络电压的影响 纯纯SFSF6 6接触良好接触良好接触不良接触不良 对于支柱绝缘子，内屏蔽电极可以提高沿面闪络电压。内屏蔽电极有一最佳深度，约10 cm左右。支柱绝缘子的内屏蔽电极深度支柱绝缘子的内屏蔽电极深度对

36、雷电冲击闪络电压的影响对雷电冲击闪络电压的影响 正极性正极性负极性负极性第84页/共99页沿面放电沿面放电2 2、沿面放电的类型和特点、沿面放电的类型和特点极不均匀电场中的沿面放电极不均匀电场中的沿面放电 表面具有强垂直电场分量表面具有强垂直电场分量沿套管表面放电的示意图沿套管表面放电的示意图（a）电晕放电）电晕放电（b）细线状辉光放电）细线状辉光放电（c）滑闪放电）滑闪放电第85页/共99页沿面放电沿面放电3 3、沿面放电电压的影响因素和提高方法、沿面放电电压的影响因素和提高方法 1).固体介质材料种类固体介质材料种类:根据固体材料的憎水性或亲水性，选择适当的材料。第86页/共99页沿面放电

37、沿面放电 表面具有强垂直电场分量表面具有强垂直电场分量 提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压的方法：2.改善电场改善电场 （1）减小比电容减小比电容，例如增大固体介质的厚度，特别是加大法兰处套管的外径；也可采用介电常数较小的介质，例如用瓷油组合绝缘代替纯瓷介质。（2）减小绝缘表面电阻减小绝缘表面电阻，即减小介质表面电阻率。例如在套管靠近接地法兰处涂半导体釉；在电机绝缘的出槽口部分涂半导体漆等。等值电路等值电路3 3、沿面放电电压的影响因素和提高方法、沿面放电电压的影响因素和提高方法第87页/共99页沿面放电沿面放电4 4、湿闪现象、湿闪现象输电线路或变电站的户外绝缘子，运行条件恶劣，复杂输电线

38、路或变电站的户外绝缘子，运行条件恶劣，复杂a.a.雨：大雨，毛毛雨雨：大雨，毛毛雨雨：大雨，毛毛雨雨：大雨，毛毛雨。b.b.雪：大雪，雨夹雪雪：大雪，雨夹雪雪：大雪，雨夹雪雪：大雪，雨夹雪。c.c.冰：冰灾，雾凇。冰：冰灾，雾凇。冰：冰灾，雾凇。冰：冰灾，雾凇。d.d.风：大风，污染，粉尘风：大风，污染，粉尘风：大风，污染，粉尘风：大风，污染，粉尘第88页/共99页沿面放电沿面放电4 4、湿闪现象、湿闪现象绝缘子表面被雨水淋湿时被雨水淋湿时被雨水淋湿时被雨水淋湿时的沿面闪络现象称为湿闪现象湿闪现象湿闪现象湿闪现象。典型绝缘子湿闪的放电路径典型绝缘子湿闪的放电路径典型绝缘子湿闪的放电路径典型绝缘

39、子湿闪的放电路径途径途径途径途径1 1 1 1：若工业水导电率很高，湿闪电压可以下降至干闪电压的40%-50%。途径途径途径途径2 2 2 2：击穿特性以气隙为主，不会比干闪电压下降太多。途径途径途径途径3 3 3 3：连续的水柱使得闪络电压大幅下降。第89页/共99页沿面放电沿面放电工业粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等工业粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等工业粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等工业粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等n干燥干燥条件下，污染物一般不导电：n大雨滂沱时，污染物会被冲刷掉；n毛毛雨时污染物被润湿，电导率增大，泄漏电流随之增大产生干带干带干带干带,最先放电局部电弧继续

40、烘烘烘烘干污染物干污染物干污染物干污染物，使放电延续局部电弧贯穿两极形成沿面闪络。这个电弧增大的过程，称为爬电爬电爬电爬电。5.5.污闪放电污闪放电第90页/共99页沿面放电沿面放电污闪放电过程污闪放电过程污闪放电过程污闪放电过程积聚污秽受潮干区形成局部电弧高压接地闪络闪络闪络闪络第91页/共99页沿面放电沿面放电污秽程度的表征污秽程度的表征污秽程度的表征污秽程度的表征 等值附盐密度：绝缘子表面每平方厘米面积上沉积等值附盐密度：绝缘子表面每平方厘米面积上沉积的等效的等效NaClNaCl的质量数的质量数(mg)(mg)。所谓等效：是在电导率上等效。所谓等效：是在电导率上等效。300 ml300

41、ml第92页/共99页沿面放电沿面放电线路和发电厂、变电所污秽等级线路和发电厂、变电所污秽等级线路和发电厂、变电所污秽等级线路和发电厂、变电所污秽等级污秽等级污湿特征盐密(mg/cm2)线路发电厂变电所0大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区0.03大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场10km50km地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时0.030.060.06大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km10km地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）但雨量较少时0.060.100.060.10大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场13

42、km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污源和炉烟污秽300m1500m的较严重污秽地区0.100.250.100.25大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污源和炉烟污秽300m以内的地区0.250.350.250.35第93页/共99页沿面放电沿面放电污闪事故的对策污闪事故的对策污闪事故的对策污闪事故的对策a.a.调整爬距调整爬距调整爬距调整爬距爬电比距爬电比距爬电比距爬电比距：外绝缘相对地的爬电距离相对地的爬电距离相对地的爬电距离相对地的爬电距离与系统最高工作线电压的有效值之比。污秽等级爬电比距（cm/kV）线路发电厂、变电所220kV及以下330kV及以上220kV及以下3

43、30kV及以上01.39（1.60）1.45（1.60）1.391.74（1.602.00）1.451.82（1.602.00）1.60（1.84）1.60（1.76）1.742.17（2.002.50）1.822.27（2.002.50）2.00（2.30）2.00（2.20）2.172.78（2.503.20）2.272.91（2.503.20）2.50（2.88）2.50（2.75）2.783.30（3.203.80）2.913.45(3.203.80)3.10（3.57）3.10（3.41）第94页/共99页沿面放电沿面放电污闪事故的对策污闪事故的对策污闪事故的对策污闪事故的对策b.b

44、.b.b.定期清扫定期清扫定期清扫定期清扫c.c.c.c.涂料：在绝缘子表面添涂憎水性的涂料，如涂料：在绝缘子表面添涂憎水性的涂料，如涂料：在绝缘子表面添涂憎水性的涂料，如涂料：在绝缘子表面添涂憎水性的涂料，如RTVRTVRTVRTV。d.d.d.d.半导体釉绝缘子：流过的泄漏电流大，不易吸半导体釉绝缘子：流过的泄漏电流大，不易吸半导体釉绝缘子：流过的泄漏电流大，不易吸半导体釉绝缘子：流过的泄漏电流大，不易吸潮。但同时釉层的老化问题有待解决。潮。但同时釉层的老化问题有待解决。潮。但同时釉层的老化问题有待解决。潮。但同时釉层的老化问题有待解决。e.e.e.e.合成合成合成合成/复合绝缘子：优点是

45、复合绝缘子：优点是复合绝缘子：优点是复合绝缘子：优点是憎水性好憎水性好憎水性好憎水性好，耐污性能，耐污性能，耐污性能，耐污性能好，耐电弧性能好；缺点是价格较贵，并且有好，耐电弧性能好；缺点是价格较贵，并且有好，耐电弧性能好；缺点是价格较贵，并且有好，耐电弧性能好；缺点是价格较贵，并且有老化问题。老化问题。老化问题。老化问题。第95页/共99页气体放电复习气体放电复习电子平均自由行程电子平均自由行程 、带电质点的迁移率、带电质点的迁移率激励、电离、复合激励、电离、复合气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生 碰撞电离、光电离、热电离碰撞电离、光电离、热电离、阴极电子发射、阴极电子发射气体中带电质

46、点的消失气体中带电质点的消失 中和、扩散、复合中和、扩散、复合第96页/共99页汤逊放电理论汤逊放电理论汤逊放电理论汤逊放电理论 电电电电子子子子崩崩崩崩、过过过过程程程程、过过过过程程程程 (自自自自持持持持放放放放电电电电条条条条件件件件)汤逊理论的适用条件汤逊理论的适用条件汤逊理论的适用条件汤逊理论的适用条件 巴申定律巴申定律巴申定律巴申定律流注放电理论流注放电理论流注放电理论流注放电理论 光电离、空间电荷作用光电离、空间电荷作用光电离、空间电荷作用光电离、空间电荷作用 均匀电场气隙的流注放电均匀电场气隙的流注放电均匀电场气隙的流注放电均匀电场气隙的流注放电 极不均匀电场气隙的流注放电（

47、极性效应）极不均匀电场气隙的流注放电（极性效应）极不均匀电场气隙的流注放电（极性效应）极不均匀电场气隙的流注放电（极性效应）气体放电复习气体放电复习第97页/共99页放电时间放电时间放电时间放电时间/冲击电压下的击穿特性冲击电压下的击穿特性冲击电压下的击穿特性冲击电压下的击穿特性 放电时间概念放电时间概念放电时间概念放电时间概念 标准化冲击电压波形参数标准化冲击电压波形参数标准化冲击电压波形参数标准化冲击电压波形参数 50%50%50%50%击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压/伏秒特性伏秒特性伏秒特性伏秒特性 电晕放电电晕放电电晕放电电晕放电 电电电电晕晕晕晕放放放放电电电电的的的的概概概概念念念念、现现现现象象象象与与与与特特特特征征征征/高高高高压压压压输输输输电电电电线线线线防治电晕的措施防治电晕的措施防治电晕的措施防治电晕的措施沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电 沿沿沿沿面面面面闪闪闪闪络络络络的的的的概概概概念念念念/表表表表面面面面有有有有强强强强法法法法向向向向分分分分量量量量时时时时的的的的放放放放电过程电过程电过程电过程/外绝缘污闪的概念与防治方法外绝缘污闪的概念与防治方法外绝缘污闪的概念与防治方法外绝缘污闪的概念与防治方法气体放电复习气体放电复习第98页/共99页感谢您的观看。第99页/共99页